MEKANISME PERANAN DOP AN Pb P ADA SUPERKONDUKTIVIT AS FASA Tc TINGGI Bi-Sr-Ca-Cu-O.

Prosiding Pertemuan

llmiah Sains Materi 1996

MEKANISME PERANAN DOP AN Pb P ADA SUPERKONDUKTIVIT AS

FASA Tc TINGGI Bi-Sr-Ca-Cu-O.

Engkir, S!, prasuad2,

Puji, S!, daD Wuryanto2

ABSTRAK

MEKANISME PERANAN DOPAN Pb PADA SUPERKONDUKTIVITAS FASA Tc TINGGI Bi-Sr-Ca-Cu-O. Mekanisme peranan dopan Pb pacta superkon-duktivitas Fasa Tc Tinggi (FTT) Bi-Sr-Ca-Cu-O telah diteliti. Cuplikan FTT dengan doping Pb (OPB) daD tanpa doping Pb (TPB) disintesis dengan metode reaksi padatan. Karakterisasi cuplikan dilakukan dengan pengukuran suseptibilitas, resistivitas, pola difraksi neutron, dan struktur mikro. Struktur kristal bahan dianalisis dengan bantuan perangkat lunak RIETAN. Hasil analisis menunjukkan bahwa TPB mengandung 23% m daD 77% Fasa Tc Rendah (FTR), sedangkan OPB terdiri dari 73% m daD 27% FTR. Pb masuk ke dalam sistem kristal FTT dengan cara menggantikan 8% ion Bi, sehingga oksigen 0(3) pacta bidang SrO bergeser sejauh 0,397 A mendekati Cu(2) pacta bidang Cu(2)°2- daD bidang BiO bergeser ke arab sebaliknya sejauh 0,672 A, rapat arus kritis Jc meningkat dari 2,5 Alcm2 menjadi 2,lx102 Alcm2, suhu transisi kritis Tc bertambah dari 94 K menjadi 104 K daD parameter kisi c tidak berubah. Dari datatersebut disimpulkan bahwa dengan doping Ph, FTT yang terbentuk meningkat 3,2 kali lebih banyak, struktumya lebih stabil karena dua bidang BiO saling berdekatan, Jc meningkat 100 kali lebih besar akibat konektivitas antara sub-sel satuan lebih baik, daD Tc bertambah 10 K akibat memendeknya jarak oksigen apica/-Cu

ABSTRACT

THE MECHANISM OF Pb DOPANT ROLE ON THE HIGH Tc PHASE SUPERCONDUCTIVITY OF Bi-Sr-Ca-Cu-O. The mechanism ofPb dopant role on the High Tc Phase (HTP) superconductivity of Bi-Sr-Ca-Cu-O has been investigated. HTP samples with and without Pb doping were synthesized by solid state reaction method. The samples characterization were carried out through a susceptibility-, resistivity-, neutron diffraction profile-, and micro structure measurements. Crystal structure of the samples were analyzed using RIET AN software. The analysis results show that sample without Pb doping consist of 23% FTT and 77% Low Tc Phase (L TP), while sample with Pb doping have 73% HTP and 27% L TP. Pb enter into HTP crystal system by 8% substitution of Bi ion for Ph, so that 0(3) oxygen on SrO plane make a displacement of 0.397 A close to the Cu(2) position on CU(2)02 plane, and BiO plane move in the opposite direction from SrO plane, the critical current density Jc increase from 2.5 Alcm2 to 2.1 x 102 Alcm2, the critical transition temperature Tc change from 94 K to 104 K, and there is no change in c-lattice parameter. It is concluded that with Pb doping, HTP content increase 3.2 times more, it's structure will be more stable due to the two BiO plane come closer to each other, Jc increase 100 times higher due to improvement of the connection between two sub-rei, and Tc is 10 K higher because of shortening apical oxygen-Cu chain.

PENDAHULUAN

Superkonduktor oksida yang sudah dikenal orang dengan baik adalah sistem Y-Ba-Cu-O (Fasa 123, Tc ~ 90 K) daD sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O (Fasa 2212, Tc ~ 80 K daD Fasa 2223, Tc ~105 K). Sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O selanjutnya disebut sistem BSCCO daD Fasa 2212 daD Fasa 2223 secara beturut-turut disebut FTR daD FTT. Diakui oleh para peneliti bahwa tanpa pendopingan, rasa tunggal FTT sulit ditumbuhkan. Hal ini karena struktur kristalnya tidak stabil akibat adanya derajat ketidakteraturan yang tinggi antara lapisan bidang-bidang CUO2, srO, BiO daD Ca .Ketidakteraturan itu terjadi karena reaksi padat pembentukan FTT berlangsung pada suhu mendekati titik

leleh senyawa (... 870°C), disaat mana mobilitas ion penyusun sangat tinggi [I].

Pada penelitian terdahulu [2], telah berhasil disintesis rasa tunggal FTT yang didoping Pb dengan menerapkan sintering ulang metode reaksi padatan. M. Pissas daD D.Niarchos [3] menemukan bahwa substitusi parsial Hi dengan Pb daD Sb mempermudah pembentukan FTT. Namun demikian, meka-nisme peranan dopan-dopan tersebut dalam pembentukan FTT masih belum jelas. Data eksperimen yang mengungkap masalah ini sangat bermanfaat untuk digunakan sebagai

suatu masukan bagi pengembangan

teori

tentang mekanisme superkonduktivitas dalam bahan keramik yang hingga saat ini

belum ditemukan.

Pembawa muatan dalam superkon-duktor keramik adalah lubang-lubang yang

1. Disajikan pada Pertemuan Ilmiah Sains Materi, Serpong 22-23 Oktober 1996. 2. Pusat Penelitian Sains Materi-BATAN, Kawasan Puspiptek Serpong 15314.

terdistribusi pacta bidang CUO2 [4]. Fakta menunjukkan bahwa seluruh rasa superkon-duktor di atas memiliki bidang CUO2 dalam struktur kristalnya. FTR serupa dengan Fasa 123 memiliki dua bidang CUO2, sedangkan pacta stuktur kristal FTT terdapat tiga bidang CUO2. Bidang CUO2 membentuk piramida CuOs pacta Fasa 123 titik puncak piramida (apica'/) adalah atom oksigen pacta bidang BaO daD apical pacta FTR daD FTT adalah oksigen pacta bidang SrO. Hasil penelitian terdahulu pacta Fasa 123 [5] menunjukkan bahwa Tc meningkat sejalan dengan memendeknya jarak oksigen apical-Cu. Matsukawa daD Fukuyama [6] melapor-kan basil pengkajian teoritis pacta superkon-duktor berbasis Cu, bahwa Tc meningkat hila jarak oksigen apical-Cu menyusut. Hal ini tampaknya berkaitan dengan basil studi efek tekanan pacta sistem BSCCO [7] yang menunjukkan bahwa Tc meningkat sejalan dengan naiknya tekanan yang diberikan pacta cuplikan.

Tujuan penelitian ini mempelajari mekanisme peranan dopan Pb pada super-konduktivitas Fasa Tc Tinggi. Hipotesa yang akan diuji adalah bahwa dalam superkon-duktor Bi-Sr-Ca-Cu-O, jika sebagian ion Bi diganti dengan ion Pb, atom oksigen pada bidang srO bergerak mendekati atom Cu pada bidang CUO2, bidang BiO bergerak ke arab mejauhi bidang SrO, memperkuat ikatan antara bidang dasar BiO daD mempengaruhi batas butir.

Kedua jenis cuplikan disintesis dengan metode reaksi parlato Diagram alir proses sintesis superkonduktor sistem BSCCO dengan metode reaksi padat ditunjukkan pada Gambar I. Spesiflkasi suhu clan periode masing-masing pada proses kalsinasi daD sintering untuk kedua jenis cuplikan ditunjukkan pada Tabel I.

Bahan yang diperlukan adalah oksida dalam bentuk serbuk minimal dengan kemumian p.a yakni Bi2O3, PbO, CaCO3,

srCo3 dan CuD.

Dari kegiatan ini didapat cuplikan FTT dengan doping Pb (DPB) clan bebas doping (TPB). Selanjutnya dilakukan karakterisasi cuplikan dengan tara :

I. Mengukur suhu transisi kritis Tc, rapat arus kritis Jc, clan suseptibilitas X berturut- turut dilakukan di Lab. Jurusan Fisika-ITB, Lab. Elektrokimia-PPSM, clan Lab. Elektro-P3FT LIPI. Tc dan Jc diukur dengan menggunakan metode probe empat titik, clan X diukur dengan menggunakan jembatan induktansi

mutual [8].

2. Mengukur pola difraksi neutron dengan tujuan untuk mengamati : a) perubahan konstanta kisi terutama dalam arab sumbu-c, b) jarak antar atom., c) parameter suhu.

3. Mengamati struktur mikro cuplikan BSCCO sebelum clan sesudah doping Pb dengan SEM/EDAX. Pengamatan dilakukan di Lab

BTK-PPSM.

4. Analisis data difraksi dengan program RIET AN'94, dilakukan di Lab.

FZM-PPSM.

BAHAN DAN TATA KERJA

Disiapkan cuplikan superkonduktor

FTT dengan komposisi nominal a) tanpa

doping: Bi2,ISSr2,OCa2,O3Cu3,O6010, daD b)

doping Pb : Bi..,S4Pbo,34Sr2,OCa2,O3Cu3,O60JO,

Tabel 1. Data suhu/periode kalsinasi, sintering dan proses pendinginan yang disyaratkan bagi kedua ienis cuolikan. Peletisasi dilakukan denl!an tekanan 8-10 ton.

SuhuIPeriode Kalsinasi

(Co/jam)

SuhulPeriode

Sintering

(~j&m)

Pendinginan Ii dalarn tungku

lam tun~u

825/24

810/24 Cuplikan

BSCCO

Tanoa Dooing

875/100

850/100

~ida

~

adalah cuplikan superkonduktor berfasa ganda, yakni FTT dan FTR. Karena FTT memiliki suhu transisi kritis lebih tinggi dibanding FTR, maka step pertama adalah akibat FTT. Step kedua tidak teramati secara utuh karena alat tidak mampu mengukur pada suhu di bawah 80 K. Step pertama pada DPB tampak lebih curam dan dalam

HASIL DAN PEMBAHASAN

Data pengukuran suseptibilitas magnetik pada cuplikan TPB dan DPB ditampilkan berturut-turut pada Gambar 2 dan Gambar 3. Kedua cuplikan menam-pilkan transisi diamagnetik tidak single step. step pertama terjadi pada T ~ 120 K. Ini berarti bahwa baik TPB maupun DPB

Gambar 4 clan Gambar 5. Resistivitas kedua cuplikan menyusut secara linier sejalan dengan turunnya suhu dari suhu ruang hingga suhu onset (Ton). Hal ini berarti bahwa pada daerah suhu tersebut, kedua cuplikan bersifat logam.

"0 X 80 60 40 201

'"

0

J

160 s.;.. ("K)

Gambar 4. Hubungan antara resistivitas

(Om-cm) daD suhu (K) pada cuplikan oksida

Bi-Sr-Ca-Cu-O

tanpa doping Pb (TPb)

2.51 "0 I ~ 2.0

)::):1

r.

1.5 I

".

';..

Gambar 1. Diagram alir Proses sintesis

superkonduktor

keramik sitem BSCCO.

0.0

100 120 140 160

SYhu ("K)

Gambar 5. Hubungan antara resistivitas (Om-cm) dan suhu (K) pada cuplikan oksida Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan doping Pb (DPb)

_'2J~

.

_.

~ ' 240 !

~

: 124

.

..

, 250 Resistivitas bahan turun secara

mendadak pada pendinginan selanjutnya. Dikatakan bahwa bahan mengalarni transisi superkonduksi mulai suhu onset. TPB clan DPB masing-masing memiliki Ton pada 116 K. Narnun demikian, transisi superkondlIksi tersebut tidak berjalan mulus akibat adanya rasa kedua di dalam cuplikan; hal ini sesuai dengan data suseptibilitas di atas. Kehadiran rasa kedua terlihat lebih jelas pada data resistivitas. Garnbar 5 menunjukkan bal.1wa pada DPB yang dominan adalah FTT daD sebaliknya pada TPB yang dominan adalah FTR (Garnbar 4). Jika transisi FTT diekstra-polasikan hingga memotong ;,umbu horizontal, didapat titik potong pada suhu 94 K (TPB) daD 104 K (DPB). Jadi FTT memiliki suhu transisi kritis Tc ~ 94 K pada TPB dan Tc ~ 104 K pada DPB. Harga Tc ~ 104 K sarna dengan basil yang diperoleh Zhou [9]. Namun demikian Tc-FTT pada TPB terlalu rendah, hal ini disebabkan lemahnya kopel antar butir [10].

$ ~ 1275

~

.

_{~ 1280} .I

I~

i 1.28~ 1290 -, " J 75 gO 105 120 1JS Suhu T (K)

Gambar 3. Hubungan antara suseptibilitas

magnetik (satuan sembarang) daD suhu (K)

pada cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan

doping Pb (OPB)

Data resistivitas pada cuplikan TPB dan OPB berturut-turut ditunjukkan pada

365

."..,.,.,-12~~ 75 , ..., ., 90 105 , 120 , 135

Suhu T (K)

Gambar 2. Hubungan antara suseptibilitas

magnetik (satuan sembarang)

dan suhu (K)

pada cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O tanpa doping

Pb(TPB)

-; .!.

.1270

Data difraksi neutron pacta TPB dan DPB basil anal is is dengan metode Rietveld ditunjukkan berturut-turut pacta Gambar 6

dan Gambar 7. .~ 'b ;; C .C

.

_'"

-0" '" -J.

Gambar 7. Pols difraksi neutron resolusi

tinggi pads cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan

doping Pb (DPB)hasil pengolahan

dengan

metode

Rietveld.

~J~,.~~~~~ .

'I' ~111'n'I~I' 1"1'1 ~IV, "j\M'"~I~'l\i,I"'"'.."""

1.:::::L

0 ", ."

=~~~~.

bO ." "" "0 ,." "0

"'ud,,'

..

Gambar 6. Pola difraksi neutron resolusi tinggi pad a cuplikan Bi-Sr-Ca-Cu-O tanpa doping Pb (TPB) basil pengolahan dengan metode Rietveld.

Tabel 2. Faktor R (~, Rp, RI, RF) dan faktor S hasil kalkulasi dengan metode Rietveld pacta

cuplikan TPB dan OrB.

observasi pada umumnya di atas intensitas kalkulasi, yang tampak mencolok adalah puncak (220) FTR pada 28 = 56,920°. Tinggi-rendahnya puncak difraksi bergan-tung pada fraksi koordinat atom (x,y,z), faktor hunian atom (gj), daD faktor koreksi : parameter suhu (Qj), faktor skala (Sj ), daD parameter orientasi preferred (Pj).

Data fraksi koordinat atom, daD faktor hunian atom ditunjukkan pada Tabel 3 daD Tabel 6. Fraksi koordinat atom dapat dihitung hingga tiga atau empat angka di belakang koma. Demikian pula faktor koreksi intensitas (Tabel 7), sekurang-kurangnya dapat dihitung hingga satu angka di belakang koma, kecuali parameter suhu memiliki ketelitian yang kurang baik. Boleh jadi parameter suhu itulah penyebab adanya deviasi intensitas observasi dan kalkulasi. Harga parameter suhu yang besar dan ketelitian rendah mencerminkan labilnya atom-atom yang bersangkutan. Tampak pada Tabel 7, bahwa parameter suhu atom-atom FTT, baik pada TPB maupun DPB berharga sarna, namun DPB memiliki ketelitian lebih tinggi. Jika faktor hunian atom gj pada TPB (Tabel 3) diperhalus, iterasi selalu terhenti akibat koefisien matrik tidak nyata positif (NDP). Oleh karena itu gj diambil tetap pada harga nominalnya. Harga gj atom Bi dan Pb basil penghalusan pada DPB berturut-turut adalah g(Bi) = 4,7(8) daD g(Pb) = -3,7(8).

Pola difraksi basil observasi ditampilkan dengan titik-titik daD basil kalkulasi ditunjukkan dengan garis malar (solid line). Kualitas kecocokan antara pola observasi daD kalkulasi secara visual diperlihatkan pada gambar dibawahnya. Nilai kualitas kecocokan dinyatakan dengan faktor R daD S atau disebut juga indeks reliabilitas (Tabel 2).

Tampak pada Tabel 2 bahwa OPB memiliki nilai kualitas kecocokan yang lebih baik. Hal ini karena pada awal proses, penumbuhan FTT selalu disertai dengan terbentuknya FTR daD rasa-rasa antara seperti (Sr,Ca)3CuSOx, CuO, Ca2PbO4 daD Bi2Sr2CuO6' Pada akhir proses penumbuhan FTT (saat sintering), rasa-rasa antara tersebut bereaksi dengan FTR membentuk FTT. Pada senyawa dengan doping Ph, reaksi rasa antara dengan FTR berlangsung lebih cepat, karena ada mediator Ca2PbO4 [11]. Sehingga pada OPB secara dominan adalah FTT. Oengan demikian FTR dan rasa-rasa antara yang tersisa sudah tinggal sedikit lagi. Fasa antara ini akhimya diperla-kukan sebagai impuritas. Jelaslah bahwa impuritas pada TPB lebih banyak dibanding impuritas pada OrB. Oleh karena itu, TPB memiliki kualitas kecocokan lebih rendah.

Hampir semua posisi puncak obser-vagi dan kalkulasi tepat berimpitan. lni berarti parameter kisi basil kalkulasi sudah akurat. Namun demikian, data intensitas

Tabel 3. Faktor hunian atom gj daD koordinat fraksi Xj, Yj, Zj pada FTT (parameter kisi a = b = 3,825(3) A, c = 37,1(3) A) daD FTR (parameter kisi a =5,414(4) A, b = 5,403(2) A daD c =

-cuplikan TPB.

Fasa

FTT Atom Bi

Sr

Ca

1Q

1Q

~

~

~

~

-1!!-k2

1Q

lzQ

~

-1!!-

~

-1!!-1,0

.9JJ.. ..Q2..

~

.9JJ.. .9JJ.. .9JJ..

~

.9JJ..

~

.9JJ..

~

.9JJ.. .9JJ..

~

.9JJ..

0.0

~

~~

~

~

.92.-~

~

-9-:9-.-

.92.-~

~

.92.-0,0

0,192(3)

0,149(4)

0,052(8)

-0,0

c

c

0 0 0 0(4)

0,088(3)

0,0

0,088 3

0,1494)

0,192(3)

0,197(1) , ~ 0,111(1) I 0,0 I

FTR

Bi

Sr

Ca

Cu

_O:o60(~-1

O:O51{1) I Q,I~Z{!2 I I 0(1)I 0(2)

Iterasi dilakukan dengan

menerapkan syarat batas:

g(Pb) =

1,0-g(Bi). Sedangkan jika syarat batas itu tidak diterapkan, iterasi terhenti akibat koefisien matrik tidak nyata positip (NDP). Karena nilai g(Bi) dan g(pb) tersebut tidak rasional, kemungkinan Pb masuk ke site-site: Sf, dan/atau Ca, dan/atau Cu(I), dan/atau Cu(2).

Hasil iterasi pertama, g(Pb) pada site Ca dan Cu(2) masing-masing berharga negatip, ini berarti Pb tidak masuk di kedua site itu. Hasil iterasi kedua, g(Pb) pada site Bi daD Sr berharga negatip, jadi Pb tidak ada di kedua site tersebut. Hasil iterasi ketiga, g(Pb) pada site Cu(l) bemilai negatip, dengan demikian Pb juga tidak masuk ke site Cu(l) tersebut. Akhimya pada iterasi keempat, g(Cu(I» dan g(Cu(2» diambil tetap pada harga nominalnya, karena jika diha/uskan faktor hunian kedua atom itu masing-masing berharga lebih besar dari 1,0. Jelaslah bahwa berdasarkan data

pengha-lusan ini, Pb tidak masuk ke dalam struktur kristal FTT.

Hal ini tidak mungkin, karena data pengamatan sifat listrik daD sifat maget bahan menunjukkan bahwa DPB secara dominan terdiri dari FTT. Jadi Pb pasti masuk ke dalam site Bi-struktur kristal FTT karena dampak fisisnya terlihat nyata. Tapi kenapa faktor hunian g(Pb) daD g(Bi) basil kalkulasi sangat tidak rasional. Boleh jadi karena a) mol-ratio Pb/Bi kurang dari 10%, daD b) panjang hamburan atom! berat atom Bi memiliki harga yang hampir sarna dengan panjang hamburanl berat atom Pb (Tabel 4 ), sehingga berkas neutron melihat kedua atom terse but sebagai atom tunggal.

Untuk menguji kebenaran dugaan ini, dilakukan penghalusan dengan variasi g(Pb) = 0,08-0,17 daD g(Bi) = 0,92-0,83. Harga indeks reliabilitas masing-masing variasi dibandingkan dengan indeks reliabilitas basil

penghalusan tanpa Ph. Data indeks

reliabilitas dituliskan pada Tabel 5.

Tabel So Indeks reliabilitas pengha/usan FTT dan FTR pada harga tetap g(Pb) = 0,08-0,17 dan Q(Bi) = 0,92-0,83 dibandin kan den an indeks reliabilitas °ika (Pb ada Bi bemilai nolo

=

lndeks Reliabilitas

g(Pb)

g(Bi)

Tabel6. Faktor hunian atom gj daD koordinat fraksi Xj, Yj, Zj pada m ( parameter kisi 3,82(1) A, c = 37,1(1) A) daD FTR (parameter kisi a =5,42(1) A,b = 5,39(1) A daD c

1\)~uDlikan

DPB.

a=b=

30,6(1

)

Fasa

FTT Atom Bi Pb

Sr

Ca

~~~

~

~

~

~

~

~

~

~

~

~

~

~

~

~

0,0

~

~~

~

~~~

.9.2--~

~

~

~

~

~

~~

~

_°,_°

0,2088 9

0,2088 9

0,137(1)

0,042(1

0,0

0,0867(6

0,0

0,0867(6)

0,137(1)

0,2088(22-0, 185(~

0,185(2

0,129 2

0,0

0,054(2

0,054(2)

0,1852

_2~~-0,08

!,O-~

-I,O

1,0

~,5J(9)

~

~

~

0,92

~

~

0,04(3)

~

--~-Q~O~(~~

_Q,7(2)

Cu(l)

I Cu(2L

Q{.!l

!;!ill

QQ2!2!::!1

Bi Pb

Sr

Ca

Cu

FTR

I 0(1) I 1_- 0(2) l

0(3)

-Tampak bahwa harga indeks reliabilitas terkecil diperoleh jika di dalam site Bi ada 8 % Pb dan 92 % Bi. Tabel 6 adalah fraksi koordinat dan faktor hunian atom hasil penghalusan untuk komposisi g(Pb) = 0,08 dan g(Bi) = 0,92.

Titik tempat atom Ca pacta FTR (Tabel 6) baru terisi 4 %, daD demikian pula posisi oksigen baru terisi sebagian, ini berari FTR masih dalam proses penumbuhan pada saat proses sintering kedua diakhiri. Jadi, jika periode sintering kedua diperpanjang, FTR dapat menyelesaikan pertumbuhannya

hingga mencapai stoikiometri sempuma, kemudian FTR tersebut bereaksi dengan rasa antara CuO dan Ca2PbO4 membentuk FTT. Dengan demikian FTT pada DPB bisa mencapai 100 %, jika periode sintering diperpanjang. Hasil anal is is menunjukkan bahwa dalam TPB mengandung 23% FTT dan 77% FTR, sedangkan DPB terdiri daTi 73% FTT dan 27% FTR.

Jarak antar atom dalam arah sumbu-c dapat dihitung dengan mudah daTi data fraksi koordinat atom dan parameter kisi c. Data jarak antar atom dalam sel satuan FTT

pada TPB daD DPB ditunjukkan pada Tabel 8. Tampak pada Tabel 8 bahwa manakala 8% atom Bi diganti dengan Pb, rantai Bi -0(3) bertambah panjang dari 1,6(1) A menjadi 2,66(6) A. Pertambahan panjang rantai Bi -0(3) adalah akibat 0(3) bergeser ke arah Cu(2) sejauh 0,4(1) A. Sementara itu, atom Bi bergeser ke arah sebaliknya sejauh 0,6(1) A. Atom Bi pada sub-sel di

bawahnya rnelakukan gerakan yang sarna, akibatnya dua bidang BiD saling rnendekat. Sehingga ikatan dua bidang BiD bertambah kuat dan struktur rnenjadi lebih stabil (Gambar 8). Dleh karena itu, rapat arus kritis Jc rneningkat dari 2,5 A/crn2 pada TPB rnenjadi 2, I x 102 A/crn2 pada DPB akibat konektivitas sel-sellebih baik.

parameter orientasi preferred Pj, parameter suhu Qj, daD

Tabel 7. Data faktor koreksi intensitas

faktor skala S; pada TPB

A~~~~,-Cuplikan

FTT

FTR

SiX 10-4 S; X 10"

TPB

Qi (A ") I Qi (A ") I

3,74(6)

3(2)

0,46(8) I 0,80(2)

2,3(5)

I_~-OPB 1,61(1) 3(1 1,13(6 3,54(4) 1(2) I 0,7(1

.=-Ni)-~-.,--A

y-_,-¥-I"Y~1

, A- I Y I ~~~~~--I--~ .-,r --: -¥ ~~-'9 I ' I 'I 1 -T-:;O

--6'~

Gambar 9 dan Gambar 10 berturut-turut adalah grafik hubungan antara tegangan dan arus pada TPB dan DPB dalam lingkungan nitrogen cairo Rapat arus kritis Jc diperoleh dari hubungan Jc = Ic/0, dimana Ic = arus kritis (0, I A pada TPB dan 8,5 A pacta DPB) dan 0 = luas penampang cuplikan berbentuk balok ukuran 2x2x20 mm3 masing-masing untuk TPB dan DPB.

Ketika 0(3) pacta bidang SrO bergeser mendekati Cu(2), ion CU2+ berubah menjadi Cu3+ disertai dengan terbentuknya lubang elektron (0-) pacta bidang CU(2)02 (bidang konduksi). Jadi kerapatan pembawa muatan arus super (0") pacta bidang konduksi meningkat [12]. Oleh karena itu pula Tc daD Jc senyawa BSCCO meningkat jika didoping Ph. Dengan bergesemya atom 0(3) menjauhi Bi, disimpulkan bahwa pacta DPB ion Bi3+ telah diganti dengan Pb2+. Struktur mikro DPB terdiri dari butir-butir seperti jarum (batang-batang kecil) panjang kira-kira 10 f.lm daD lebar I f.lm (Gambar II dan Gambar .12). Butir-butir yang berbentuk batang tersebut adalah FTT dan yang berbentuk bulat-bulat adalah FTR, sesuai dengan hasil penelitian T.K Chaki dan S. C. Tseng [13]. I

~

@ Hi @ Sr (l7 Ca ([i!) Cu

00

B1d8!18 Cu( 1 )1~2

$

~

)-to

0i-<I

~

r-.tJJ

t.J

c.

Bid_US C-Bid Cu(2)'~2

~

B1c1aq 8..0 B1dans B10

5..

01')

g14)

Gambar 8. Struktur kristal rasa Tc Tinggi

(FTT)

superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O,

sistem kristal tetragonal, grup ruang

14/mmm, nomor 139.

-

KESIMPULAN

Manakala senyawa BSCCO Fasa Tc Tinggi (FTT) didoping Ph, maka terjadi pergeseran bidang-bidang : 1). Bidang SrO bergeser mendekati bidang konduksi CU(2)02, sedemikian sehingga mengin-duksikan pembawa muatan/lubang elektron (0") pada bidang konduksi, akibatnya Tc meningkat. 2). Bidang BiO bergerak ke bawah menjauhi bidang SrO, sehingga dua bidang BiO menjadi saling mendekat. Dengan demikian konektivitas antara sub-sel menjadi lebih baik, Jc meningkat clan terjadi peningkatan derajat keteraturan antara bidang-bidang, struktur lebih stabil, sehingga pembentukan FTT lebih mudah.

c

.

_~

:. o!

0.00 o.o~ ala o.,~

Arus I (Amper)

Gambar 9. Hubungan antara tegangan (Volt) dan Arus (Ampere) pacta superkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-Q tanpa doping Pb (TPB) dalam lingkungan nitrogen cairo

UCAP AN TERIMAKASIH

Ucapan terimakaih disampaikan kepada rekan-rekan teknisi HRPD di ISN-PPSM, Lab. Elektro P3FT-LIPI, Lab. Fisika Material Jurusan Fisika ITB, clan teknisi SEM di BTK-PPSM alaS segala bantuannya,

juga kepada Saudara Yatno (ISN-PPSM)

alas bantuan pengetikan makalah ini.

i

AT.s I (Ampe.-)

Gambar 10. Hubungan antara tegangan

(Volt)

dan

Arus

(Ampere) pada

superkonduktor sistem Bi-Sr-Ca-Cu-O

dengan

doping Pb (DPB) dalam lingkungan

nitrogen cairo

Gambar 11. Struktur mikro cuplikan superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O tanpa doping Pb (TPB) diperoleh dengan SEM, diperbesar 1,55 x 103 kali

Gambar 12. Struktur mikro cuplikan superkonduktor Bi-Sr-Ca-Cu-O dengan doping Pb (OPB) diperoleh dengan SEM, diperbesar 1,55 x 103 kali

9. C. J. ZHOU, D. L. TAO AND T. G.

CHEN, Physico C/80, 365-372

(1991).

10. H. KUMAKURA, K. TOGANO, K.

T AKAHASI, E. Y ANAGISA W A, M.

NAKAO AND H. MAEDA, Jpn. J.

Appl. Phys. 27, L2059 (1988).

11. S. Y. LEE, S. SUEHARA AND S.

HORIUCHI, Physico C/85-/89, 477

(1991).

12. SUKIRMAN, PRASUAD, DAN E.

YULIANTI,

Pengaruh Kandungan

Oksigen pada

Superkonduktivitas

Oksida (Bi,Pb)-Sr-Ca-Cu, disajikan

pada Seminar Sains dan Teknologi

Nuklir di PPTN-BATAN, Bandung

12-13 Maret 1996.

13. T. K. CHAKI AND S. C. TSEl'lG,

Supercond. Sci. Techno/. 3, 517-519

(1990).